Мышечная функция, полученная с помощью ультразвука в режиме движения и поверхностной электромиографии во время упражнения на выносливость ядра

Резюме

Этот протокол использует ультразвук в режиме движения и поверхностную электромиографию одновременно для измерения мышечной функции ядра. Толщина мышц и активация локальных стабилизаторов (например, поперечного живота, внутреннего косого) и глобальных движущих сил (например, внешних косых) достижима в определенные временные точки упражнений боковой планки и мертвых клопов.

Аннотация

Ультразвук в режиме движения (M-mode) позволяет исследователям и клиницистам измерять изменение толщины мышц с течением времени. Толщина мышц может быть измерена между фасциальными границами в данный момент времени во время упражнения. Эта выбранная временная точка создает одномерное изображение, что приводит к наблюдению анатомии в реальном времени в реальном времени. Ультразвук, используемый во время функционального движения, можно назвать динамическим ультразвуком; это осуществимо и надежно с использованием линейного преобразователя, эластичного ремня и пеноблока для обеспечения последовательного размещения преобразователя. Боковая брюшная стенка обычно исследуется с помощью ультразвука из-за перекрывающегося характера мышц. Поверхностная электромиография (sEMG) может дополнять ультразвуковую визуализацию в М-режиме, поскольку она измеряет электрическое представление активации мышц. Существует минимальное количество доказательств одновременного использования ультразвука М-режима и сэмг во время основной тренировки. Упражнения, которые бросают вызов основной мускулатуре, включают как изометрические удержания (например, боковая планка), так и колебательные движения конечностей (например, мертвый жук). В этом исследовании оба инструмента будут использоваться одновременно для измерения функции основных мышц во время тренировки. Ультразвуковые измерения будут получены с использованием линейного преобразователя и ультразвукового блока, а измерения sEMG будут получены из беспроводной системы sEMG. Для сравнения участников и упражнений будут использоваться методы нормализации с использованием статических, тренировочных стартовых позиций для обоих инструментов. Коэффициент активации будет использоваться для ультразвука и рассчитываться путем деления сокращенной толщины (толщины в течение точки времени упражнения) на толщину покоя (исходное положение). Толщина мышц будет измеряться в сантиметрах от верхней нижней фасциальной границы до нижней верхней фасциальной границы. Эти методы направлены на то, чтобы предложить инновационное и практическое измерение мышечной функции с помощью ультразвука М-режима и sEMG во время упражнений на выносливость.

Введение

Боковая брюшная стенка состоит из поперечного живота, внутреннего косого и наружного косого¹. Боковая брюшная стенка сжимается концентрически, эксцентрично и изометрически, чтобы противостоять силам, возлагаемым на тело¹. Совместное сокращение этой группы мышц обеспечивает стабилизацию центра человеческого тела ^2,3. Эти мышцы важны во время профилактики и реабилитации травм нижних конечностей, потому что плохая функция туловища связана с увеличением аддукции тазобедренного сустава и вальгусной деформации колена, которые являются факторами риска травм нижних конечностей ^4,5. Сосредоточение внимания на укреплении и увеличении мышечной выносливости основной мускулатуры не только снижает факторы риска для нижней конечности, но также может уменьшить боль в пояснице⁶. В последнее время было рекомендовано, чтобы лица, страдающие острой и хронической болью в пояснице, включали укрепление туловища, выносливость и специфическую активацию мышц туловища в свою реабилитацию⁶. Примером специфической активации туловищных мышц является нацеливание на изолированные или сгруппированные мышцы туловища с использованием совместного сокращения для восстановления контроля или повышения координации пояснично-тазобедренной области⁶.

Двумя способами объективного измерения мышечной функции являются использование режима движения (M-mode) ультразвука и поверхностной электромиографии (sEMG). Ультразвук в М-режиме обеспечивает визуализацию движения мышц и фасций в режиме реального времени в течение записанного времени, которая может отображать начало и степень движения⁷. Расстояние между верхней нижней фасциальной границей и нижней верхней фасциальной границей измеряют в выбранное время для получения толщины мышц. Толщина мышц в течение определенной временной точки упражнения может быть разделена на толщину покоя для достижения коэффициента активации⁸. sEMG дает представление об активации мышц и усталости, так как выход можно сравнить с максимальным сокращением^{мышцы 9}. Эти два инструмента и метода использовались ранее для измерения начала активации мышц бедра во время различных упражнений у здоровых и травмированных лиц¹⁰. Упражнения, нацеленные на туловище, и в частности на боковую брюшную стенку, являются боковой доской и мертвым жуком ^11,12,13. Боковая планка выполняется в боковом положении лежа с локтем непосредственно под плечом и предплечьем на земле, бедра поднимаются от земли до тех пор, пока позвоночник не окажется в нейтральном положении. Колени вытянуты, а ноги расположены друг на друге⁹ (Дополнительный рисунок 1). Мертвый клоп выполняется в положении лежа на спине с обеими руками прямо выше, а бедра и колени согнуты под углом 90°. Упражнение начинается, когда одна рука сгибается над головой и вытягивается контралатеральная нога. Противоположные рука и нога остаются в нейтральном положении, а затем сгибаются и вытягиваются, как только первоначальная движущаяся рука и нога возвращаются в нейтральное положение¹³ (дополнительный рисунок 2 и дополнительный рисунок 3).

Было замечено, что активация внешней косой колеблется от 37% до 62% максимального добровольного изометрического сокращения (MVIC) во время боковой доски 11,12,14. Во время мертвой ошибки активация внешнего косого была зарегистрирована от 20% до 30% MVIC только за пять повторений упражнения¹⁵. Внутренние косые и поперечные мышцы живота, более глубокие мышцы живота боковой брюшной стенки, активируют от 22% до 28% MVIC во время боковой доски^12,14. Из-за перекрывающегося характера внутреннего косого и поперечного живота две мышцы были объединены во время сбора sEMG¹⁴. Ограничением sEMG является перекрестные помехи от соседних мышц, где датчик sEMG может производить выход другой мышцы, что приводит к ложному пониманию активации¹⁶. Измерения толщины мышц, полученные с помощью ультразвука, могут быть использованы для смягчения этого ограничения, и это измерение возможно во время упражнений на туловище, таких как изометрические удержания, ранее упомянутые¹⁷.

Толщина мышц боковой брюшной стенки была зафиксирована во время боковой доски как абсолютная величина разницы между уменьшенной толщиной и толщиной покоя. В точке времени 30 с боковой доски толщина мышц внутренней косой и наружной косой увеличилась на 0,526 мм и 0,205 мм соответственно¹⁷. Эти измерения были записаны в режиме яркости ультразвука в одну точку времени во время боковой доски. Ультразвук в B-режиме обычно выполняется для оценки изображений до и после; однако этот метод позволяет проводить измерения только в двух точках^{времени 18}. Ультразвук в М-режиме обеспечивает повышенные преимущества по сравнению с ультразвуком в режиме B, поскольку он может обнаруживать начало активации мышц, а также толщину мышц в течение всего упражнения с любой точкой времени, которую можно выбрать для измерения¹⁸. Поэтому общей целью текущего протокола является обеспечение инновационного и практического измерения мышечной функции с помощью ультразвука М-режима и sEMG во время основных упражнений на выносливость. Это полезно для исследователей и клиницистов, чтобы понять, как мышцы функционируют на протяжении всего упражнения, особенно на выносливость, в отличие от измерения, изолированного от одной временной точки.

протокол

Все участники-люди предоставили информированное согласие. Протокол был частью исследования, одобренного Институциональным наблюдательным советом Университета Центральной Флориды. Критерии включения включали возраст 18-45 лет и физическую активность в соответствии с руководящими принципами ACSM (30 минут умеренной и энергичной активности 5 дней в неделю)¹⁹. Критерии исключения включали боль в пояснице в течение прошлого года, текущую боль в бедре, верхней или нижней конечности или травму, годичную историю операции на пояснице или операции на нижней конечности, нарушение равновесия, мышечные аномалии, в настоящее время беременные или наличие открытой раны в области живота (таблица 1).

1. Подготовка инструмента сбора данных

1. Проверьте целостность аппарата УЗИ и аппарата sEMG (см. Таблицу материалов).
   1. Включите аппарат УЗИ, нажмите Пациент и добавьте нового пациента. Нажмите Новый пациент и введите идентификационный номер пациента. Выберите тип экзамена MSK > Предустановка брюшной полости и нажмите Регистр. Нажмите Выход.
   2. Включите планшет (см. Таблица материалов) и щелкните приложение для записи ЭМГ. Нажмите кнопку Меню в левом верхнем углу экрана и выполните поиск датчиков. Выньте датчик из базы и наведите курсор на кнопку активации. Как только датчик будет подключен к приложению, создайте новую папку с идентификационным номером участника.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Ультразвуковые настройки в abdominalом пресете, B-режим: цвет B = оттенок карты D, запись высоты масштабирования = 4, запись ширины масштабирования = 4, тепловой индекс = Tls, уровень ATO = низкий, номер фокусировки = 2, фокусировка CrossXBeam = 2, глубина фокусировки = 50, глубина (см) = 3, сжатие = 1, ширина фокусировки = 1, ширина фокусировки CrossXBeam = 1, плотность линии = 3, плотность линии CrossXBeam = 3, подавление = 0, Среднее значение кадра = 4, от среднего CrossXBeam = 2, CrossXBeam = 2, CrossXBeam # = Low, CrossXBeam Type = Mean, Edge Enhance = 3, B Steer = 0, Gray Scale Map = Gray Map C, Gain = 34, Dynamic Range = 69, Rejection = 0, Frequency (MHz) = 12. Настройки ультразвука в Abdominal Preset, M-mode: скорость развертки = 0, M color = Tint Map C, Dop Display Format = Vert 1/2 B, Rejection = 0, Compression = 1, Gray Scale Map = Gray Map D, M Gain (дельта от B) = 0.

2. Подготовка поверхностной электромиографии (см. Таблицу материалов)

1. Определите расположение внешнего косого датчика, пальпируя правый подвздошный гребень и правое нижнее ребро, в то время как участник находится на лежачем крючке (рисунок 1). Поместите датчик на 3 см впереди от средней точки между нижним ребром и подвздошным гребнем, параллельно мышечным волокнам²⁰.
2. Побрейте, очистите и засорите участок кожи, на котором будет размещен датчик (см. Таблицу материалов). Добавьте клей (см. Таблицу материалов) к датчику и закрепите его на коже.

Рисунок 1: Осмотр расположения боковой брюшной стенки. Датчик sEMG размещается на 3 см впереди от промежуточной точки между нижним ребром и подвздошным гребнем, параллельно мышечным волокнам²⁰. Датчик расположен на 10 см сбоку от пупка до тех пор, пока на экране не будет видна боковая брюшная стенка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

3. Ультразвуковая подготовка (см. Таблицу материалов)

1. В положении стоя поместите преобразователь через эластичный пояс и пеноблок (рисунок 2).
2. Добавьте гель в датчик и поместите преобразователь на 10 см сбоку к пупку. Отрегулируйте до тех пор, пока боковая брюшная стенка не будет видна на экране²¹ (рисунок 3).
3. Убедитесь, что датчик плотно закреплен на боковой брюшной стенке.
4. Закрепите ремень с помощью ремней на липучках. Отрегулируйте глубину для получения оптимального качества изображения в режиме B (рисунок 4).

Рисунок 2: Преобразователь, размещенный через эластичный пояс и пеноблок. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Пример изображения покоя для проверки боковой брюшной стенки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Датчик, закрепленный на боковой брюшной стенке эластичным поясом и пеноблоком. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

4. Ультразвуковая статическая боковая планка

1. На коврике для йоги (см. Таблицу материалов) проинструктируйте участника лечь на правый бок локтем в 90 градусов сгибания, чтобы его туловище и верхняя конечность были подняты над землей. Ноги участника должны быть уложены друг на друга с полностью вытянутыми коленями. Ноги должны быть параллельны прикосновению к коврику для йоги.
2. Нажмите «Заморозить», затем «Сохранить » для каждого изображения, чтобы захватить три статических ультразвуковых изображения боковой брюшной стенки.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Сохраненные изображения будут расположены под экраном активного изображения.

5. sEMG статическая боковая доска

ПРИМЕЧАНИЕ: Одновременно исследователь также получит выход sEMG во время статического позиционирования, описанного в шаге 4.1.

1. В меню sEMG в левом верхнем экране приложения для записи ЭМГ выберите Настройки, который представляет собой значок шестеренки .
   1. На странице настроек датчика выберите значок бицепса . Откроется страница для нормализации измерений.
   2. Нажмите Кнопка Воспроизведения, чтобы начать; будет обратный отсчет 5 с. В течение этого периода проинструктируйте пациента принять позицию тестирования. Запись займет дополнительно 5 с.
   3. Запишите "MVC = . XXXXmV», так как это будет использоваться для расчета нормализации.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Мобильный комплект EMG автоматически пропускает фильтры между 20 -450 Гц. EMG (RMS) 333,3, ширина окна 1125 мс.

6. Боковая доска

1. Затем поручите участнику заполнить боковую доску в течение 60 с, сохраняя правильную форму²². Нажмите кнопку M на ультразвуковом аппарате, чтобы включить M-режим.
2. Нажмите Plot, нажмите красную кнопку и снова нажмите кнопку Save в приложении EMG. Участнику будет предоставлен обратный отсчет 3 секунд. Как только этот обратный отсчет начнется, нажмите Store на ультразвуке, чтобы начать запись ультразвука.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Участник будет держать правильную форму до 60 секунд или когда исследователь определит, что правильная форма была нарушена.
3. Чтобы сохранить записанное видео m-mode, нажмите Store после остановки упражнения и кнопку Stop в приложении sEMG.
4. Нажмите кнопку Сохранить файл как и введите имя файла, чтобы сохранить выходные данные, которые появятся на экране при остановке записи.

7. Ультразвуковая статическая мертвая ошибка

1. На коврике для йоги проинструктируйте участника лежать лежа на спине с ногами в положении, лежащем на крючке.
2. Нажмите B , чтобы перейти в режим яркости. Нажмите «Заморозить», а затем «Сохранить » для каждого изображения, чтобы захватить три статических изображения боковой брюшной стенки с помощью ультразвука. Сохраненные изображения будут расположены под экраном активного изображения.

8. sEMG статический мертвый баг

1. В меню приложения EMG (вверху слева) выберите Настройки, который представляет собой значок шестеренки .
2. На странице настроек датчика выберите значок бицепса . Откроется страница для нормализации измерений.
3. Нажмите Кнопка Воспроизведения, чтобы начать. Во время обратного отсчета 5 секунд проинструктируйте пациента принять позицию тестирования. Запись займет дополнительно 5 с.
4. Запишите "MVC = . XXXXmV», так как это будет использоваться для расчета нормализации.

9. Мертвый баг

1. Далее проинструктируйте участника заполнить мертвую ошибку за 60 с, поддерживая правильную форму. Нажмите кнопку M на ультразвуковом аппарате, чтобы включить M-режим.
2. Попросите участника максимально раздвинуть правое плечо, максимально вытянув левое бедро и колено, а также сохранить исходное положение контралатеральных конечностей.
3. Попросите участника затем согнуть плечо, бедро и колено, чтобы вернуться в исходное положение. Контралатеральные конечности будут выполнять то же самое движение.
4. Попросите участника выполнить упражнение на метрономе, установленном на 45 ударов в минуту. Это приводит к 22 повторениям мертвой ошибки за 60 с.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Участник должен держать правильную форму до 60 с или до тех пор, пока исследователь не определит, что правильная форма была нарушена или ритм метронома был прерван.
5. Нажмите Plot, нажмите красную кнопку, а затем нажмите Play. Нажмите кнопку Сохранить еще раз в приложении EMG. Участнику будет предоставлен обратный отсчет 3 секунд. Как только этот обратный отсчет начнется, нажмите Store на ультразвуке, чтобы начать запись ультразвука.

10. Ультразвуковое статическое измерение

1. Нажмите кнопку Ввод , когда будет выбрано первое статическое изображение, которое требуется измерить.
2. Нажмите «Измерить », чтобы открыть измерительный инструмент. Измерьте максимальную толщину мышц во время статических положений в сантиметрах от верхней нижней фасциальной границы до нижней верхней фасциальной границы (рисунок 5 [боковая доска] и рисунок 6 [мертвый жук]).
3. Нажмите Enter на верхней нижней границе и Enter снова на нижней верхней границе.
4. Повторите шаги 10.1-10.3 для статических измерений боковой доски и мертвого жука. Усредните измерения трех статических изображений.

Рисунок 5: Пример боковой брюшной стенки во время статической боковой планки, упражнения стартового положения и измерения мышц. A = внешний косой (0,554 см), B = внутренний косой (0,761 см) и C = поперечный живот (0,326 см). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 6: Пример боковой брюшной стенки в отмершем статическом клопе, упражнение стартового положения и измерения мышц. A = внешний косой (0,618 см), B = внутренний косой (0,820 см) и C = поперечный живот (0,438 см). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

11. Ультразвуковые динамические измерения

1. Измерьте максимальную толщину наружной косой, внутренней косой и поперечной толщины живота в течение первых 5 с и последних 5 с упражнения. Кроме того, запишите максимальную толщину в течение всех 60 с.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Боковая доска обычно выполняется в течение 5 с. Принимая во внимание наборы и рекомендации по повторению от предыдущих авторов, для сравнения в этом протоколе была выбрана более длительная продолжительность 60 с. Первые 5 с и последние 5 с задачи сравнивали, чтобы оценить как силовые, так и выносливые аспекты мышечной группы ^23,24.
2. С помощью кнопки Scroll найдите первые 5 с и последние 5 с каждого упражнения. Кроме того, визуально осмотрите наибольшую толщину каждой мышцы на протяжении всего упражнения 60-х годов.
3. Нажмите «Измерить », чтобы открыть измерительный инструмент. Измерьте максимальную толщину мышц во время статических положений в сантиметрах от верхней нижней фасциальной границы до нижней верхней фасциальной границы (рисунок 7 [боковая доска] и рисунок 8 [мертвый жук]).
4. Разделите каждое из трех измерений толщины, полученных во время упражнений, на усредненное статическое положение, чтобы получить коэффициент активации ²⁵.

Рисунок 7: Пример боковой брюшной стенки во время упражнения на боковую планку и измерения мышц в М-режиме. A = внешний косой (0,968 см), B = внутренний косой (0,937 см) и C = поперечный живот (0,714 см). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 8: Пример боковой брюшной стенки во время тренировки мертвого клопа и измерения мышц в М-режиме. A = внешний косой (0,840 см), B = внутренний косой (0,840 см) и C = поперечный живот (0,720 см). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

12. Измерение sEMG

1. Нажмите значок Главная на странице записи данных ЭМГ. Выберите значок папки в правом верхнем углу экрана. Сохраненные выходные данные статических и тренировочных испытаний будут сохранены здесь. Преобразуйте каждый файл в файл .xlsx. Экспортируйте файл .xlsx.
2. В электронной таблице получите максимальные значения в течение первых и последних 5 с, а также общее максимальное значение.
3. Разделите статический выход sEMG, полученный на шагах 5 (статический боковой план sEMG) и 8 (мертвый bug sEMG), на выход во время упражнений соответственно.

Результаты

Измерения как ультразвука, так и сЭМГ в статическом, тренировочном исходном положении представлены в таблице 2. Эти числа будут использоваться в качестве знаменателя при расчете коэффициента активации. Значения толщины наружного косого, внутреннего косого и поперечного живо?...

Обсуждение

М-режим ультразвука обеспечивает начало движения мышечной ткани и изменение толщины мышц при наблюдении анатомии в режиме реального времени за выбранное время²¹. Ультразвук в М-режиме в сочетании с sEMG обеспечивает общее понимание мышечной функции, включая электрическое п?...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alcohol prep pads	Henry Schein	HS1007
Amazon Basics 1/2- Inch Extra Thick Exercise Yoga Mat	Amazon	YM2001BK
Delsys Trigno Sensor Adhesive Interface, 4-Slot	Delsys	SC:F03
Delsys Trigno Wireless System	Delsys	T03-A16014
Galaxy Tablet S5e	Samsung	SM-TS20N
GE NextGen Logig e Ultrasound Unit	GE Healthcare	HR48382AR
Linear Array Probe	GE Healthcare	H48062AB
Trigno Avanti sensors	Delsys	T03-A16014